Những điều thú vị ở vụ nổ vũ trụ sáng nhất từng được phát hiện

Các quan sát của kính viễn vọng tia X NuSTAR của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) cung cấp cho các nhà thiên văn học những dữ liệu mới về sự phát triển của vụ nổ tia gamma sáng nhất và mạnh nhất từ trước đến nay.

Khi các nhà khoa học phát hiện vụ nổ tia gamma mang tên GRB 221009A vào ngày 9 tháng 10 năm 2022, họ xem đây là vụ nổ tia gamma sáng nhất mọi thời đại, hay còn gọi là BOAT. Hầu hết các vụ nổ tia gamma xảy ra khi lõi của một ngôi sao có khối lượng lớn hơn Mặt trời chúng ta sụp đổ và trở thành một lỗ đen. Những sự kiện này thường giải phóng một lượng năng lượng lớn trong vài phút, tương đương với năng lượng mà Mặt trời của chúng ta giải phóng trong suốt thời gian tồn tại của nó. Các nghiên cứu tiếp theo đã chỉ ra rằng GRB 221009A sáng hơn 70 lần và có năng lượng lớn hơn so với bất kỳ hiện tượng nào đã được ghi nhận trước đây. Mặc dù các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ nguyên nhân tại sao, tuy nhiên, họ đã thu được một dấu vết hứa hẹn từ kính viễn vọng tia X NuSTAR (Mảng kính viễn vọng tia X nhạy quang phổ hạt nhân) của NASA.

Trong một nghiên cứu được công bố vào ngày 7 tháng 6 trên tạp chí Science Advances, các nhà khoa học đã tận dụng các quan sát từ kính viễn vọng tia X NuSTAR để phân tích sự kiện này và xác định cơ chế tạo ra một loại tia vật chất chưa từng được quan sát trong các vụ nổ tia gamma, cũng như các đặc điểm độc đáo của tia vật chất khác. Có thể rằng nguồn gốc của sự khác biệt này liên quan đến ngôi sao tiền thân và các đặc tính vật lý của nó có thể ảnh hưởng đến các đặc điểm của vụ nổ. Đồng thời, cũng có thể tồn tại một cơ chế khác hoàn toàn để phát sinh những tia sáng cực mạnh trong không gian.

Vụ nổ tia gamma, loại vụ nổ mạnh nhất trong vũ trụ, có thể được phát hiện từ cự ly hàng tỷ năm ánh sáng. GRB 221009A đã tỏa sáng đến mức có thể làm mù hầu hết các thiết bị quan sát tia gamma trong không gian khi nó được phát hiện vào ngày 9 tháng 10 năm 2022.

Brendan O’Connor, tác giả chính của nghiên cứu và nhà thiên văn học tại Đại học George Washington ở Washington, đã chia sẻ: “Sự kiện này sáng hơn và năng lượng hơn bất kỳ vụ nổ tia gamma nào chúng tôi từng quan sát trước đây, thậm chí còn không thể bỏ qua được”. “Sau đó, khi chúng tôi phân tích dữ liệu từ NuSTAR, chúng tôi nhận ra rằng vụ nổ này cũng có một cấu trúc phản lực độc đáo. Điều này thực sự rất thú vị, vì chúng tôi không có cơ hội nghiên cứu ngôi sao tạo ra sự kiện này, vì nó đã biến mất. Nhưng hiện nay, chúng tôi có một số dữ liệu cung cấp cho chúng tôi những manh mối về cách vụ nổ này xảy ra”.

Jumbo Jet

Tia gamma là dạng ánh sáng với năng lượng cao nhất trong vũ trụ và không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Tất cả các vụ nổ tia gamma đã được biết đến bắt nguồn từ các thiên hà nằm ngoài Dải Ngân hà của chúng ta, nhưng đủ sáng để có thể phát hiện ở khoảng cách hàng tỷ năm ánh sáng. Một số vụ nổ chỉ kéo dài trong thời gian ngắn dưới hai giây, trong khi vụ nổ tia gamma dài thường phát ra tia gamma trong một phút hoặc thậm chí lâu hơn. Những sự kiện này cũng có thể phát ra các dạng sóng khác trong thời gian kéo dài hàng tuần.

Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Image Processing: Gladys Kober

Hình ảnh hiển thị một cụm sao phân tán trên nền vũ trụ đen. Một vòng tròn màu đỏ sáng bao quanh một điểm nhỏ sáng ở phía dưới của hình ảnh. Bằng việc sử dụng kính viễn vọng không gian Hubble, chúng ta có thể quan sát được ánh hào quang hồng ngoại (được khoanh tròn) của vụ nổ tia gamma mang tên GRB 221009A cùng với thiên hà chủ của nó. Tạo hình này được tạo ra từ việc kết hợp các hình ảnh được chụp vào ngày 8 tháng 11 và 4 tháng 12 năm 2022, khoảng một đến hai tháng sau sự kiện phun trào. Có thể rằng hậu quả của vụ nổ này vẫn có thể được quan sát trong vài năm tới.

GRB 221009A, một vụ nổ tia gamma kéo dài, sáng đến mức có thể làm mờ hầu hết các thiết bị quan sát tia gamma trong không gian. Các nhà khoa học đã có thể tái tạo lại sự kiện này bằng cách sử dụng dữ liệu từ kính viễn vọng không gian Tia Gamma Fermi của NASA để xác định độ sáng thực tế của nó. (Sự kiện này cũng được ghi nhận bởi kính viễn vọng không gian Hubble và James Webb của NASA, tàu vũ trụ Wind và Voyager 1 của cơ quan, cũng như các thiết bị quan sát từ Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA).

Tương tự như các vụ nổ tia gamma khác, GRB 221009A phát ra một tia từ ngôi sao đang sụp đổ, giống như việc một vòi cứu hỏa phóng lửa vào không gian, trong đó các tia gamma được phát ra từ khí nóng và các hạt nằm trong lõi của tia gamma. Tuy nhiên, máy bay phản lực của GRB 221009A có những đặc điểm nổi bật. Trong hầu hết các vụ nổ tia gamma được quan sát trước đây, dòng tia vẫn nhỏ gọn và ít hoặc không có ánh sáng hoặc chất liệu lạc ngoài chùm tia hẹp. (Thực tế là, các vụ nổ tia gamma rất nhỏ gọn, chỉ có thể quan sát thấy khi các tia gamma hướng gần như trực tiếp vào Trái Đất.)

Trái lại, trong GRB 221009A, máy bay phản lực có lõi hẹp với các cạnh rộng hơn và dốc hơn. Một số tia gamma năng lượng cao nhất đã thể hiện các đặc điểm tương tự, nhưng tia gamma từ BOAT có một khía cạnh quan trọng: Năng lượng của vật liệu trong GRB 221009A thay đổi, điều này có nghĩa là không phải tất cả các vật liệu trong tia có cùng một năng lượng – tương tự như một viên đạn được bắn ra từ khẩu súng – mà năng lượng của vật liệu thay đổi theo khoảng cách từ lõi của máy bay phản lực. Điều này chưa từng được quan sát trong các vụ nổ tia gamma dài trước đó.

Footprints in the Snow

Trong lĩnh vực thiên văn học, việc quan sát ánh sáng từ các tia gamma trở nên phức tạp vì khoảng cách xa mà chúng ta không thể thu thập được hình ảnh trực tiếp của chúng. Để hiểu về các đặc điểm vật lý của những vật thể xa xôi này, các nhà nghiên cứu phải giải mã ánh sáng từ những sự kiện đó. Điều này tương tự như việc nhìn vào dấu chân trên tuyết và suy luận về đặc điểm vật chất của người đã tạo ra chúng.

Trong nhiều trường hợp, có thể có nhiều giải thích cho ánh sáng từ một sự kiện vũ trụ. Nhiều kính viễn vọng tia X đã quan sát GRB 221009A, bao gồm Đài quan sát Neil Gehrels Swift của NASA và Thiết bị Nội thất Neutron Interior Composition Explorer (NICER), cũng như kính viễn vọng XMM-Newton của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Tuy nhiên, dữ liệu từ NuSTAR đã giúp thu hẹp các khả năng giải thích. Nó cho thấy khi dòng phản lực di chuyển vào không gian, nó đã gặp phải môi trường giữa các ngôi sao, như là không gian được lấp đầy bởi các hạt thưa thớt và nguyên tử. Sự tương tác này đã tạo ra ánh sáng tia X, có năng lượng thấp hơn so với ánh sáng tia gamma.

Theo Daniel Stern, nhà khoa học dự án NuSTAR tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA ở Nam California, “Có nhiều kính viễn vọng tia X hoạt động trong không gian, mỗi chiếc có sức mạnh riêng, và chúng giúp các nhà thiên văn học hiểu rõ hơn về các vật thể vũ trụ này.”


Add Comment